本发明公开了一种结构多轴随机振动疲劳试验装置及方法，通过改变试验装置结构的配重情况可以改变其固有频率和振动模态，使得不同振动模态下试验件疲劳危险部位的应力状态不同；在此基础上通过改变随机振动基础加速度激励的频率范围和功率谱密度量值，使得试验件结构在单轴激励载荷下被激发的振动模态组合情况以及各个模态下的振动能量比值发生变化，进而在试验件的疲劳危险部位产生不同非比例度的多轴随机应力响应状态。本发明消除了由于阻尼系数等不确定因素产生的动力学响应分析误差，载荷形式简单、应力响应分析方便且易于理解，能够为工程结构尤其是带缺口结构在随机振动载荷下多轴疲劳寿命分析方法的研究提供试验依据。